DE69310314T2 - Bogenröhre mit einer Zündquelle - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Zündquelle für einen Brenner. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Zündquelle ultravioletter Strahlung für eine Entladungslampe. Hochdruckmetallhalogenidentladungslampen umfassen typischerweise eine Entladungsröhre bzw. einen Brenner, der ein ionisierbares Füllmaterial und an einander gegenüberliegenden Enden der Röhre zwei Elektroden aufweist. Um die Zeit zu verkürzen, die das Zünden der Lampe benötigt, kann innerhalb des Brenners nahe einer der Hauptelektroden eine Starterelektrode angeordnet sein, wie in der US-A-3 900 761 gezeigt ist. Zwischen der Starterelektrode und einer der Hauptelektroden kann bei einer Spannung, die viel niedriger ist als diejenige Spannung, die erforderlich ist, um eine Entladung zwischen den zwei Hauptelektroden zu zünden, eine Entladung hervorgerufen werden. Die ultraviolette Strahlung dieser Entladung erzeugt Fotoelektronen, die den Gasdurchschlag und die Bildung der Entladung in dem Brenner zwischen den beiden Hauptelektroden verstärken.
• Die US-A-4 518 915 offenbart einen UV-Verstärker, der von dem Brenner getrennt ist. Dieses Patent beschreibt einen UV-Verstärker, der typischerweise eine Hülle aus Borosilikatglas aufweist, die ein ionisierbares Füllmaterial und eine einzelne Elektrode einschließt. Die einzelne Elektrode besitzt einen Getter, der bestimmte Gase enifernen kann, sobald sich die Hülle aufheizt und ausgast. Wird er erregt, so erzeugt der UV-Verstärker ultraviolette Strahlung, die den Weg zwischen den Hauptelektroden innerhalb des Brenners illuminiert und dadurch die Zeitspanne für die Erzeugung einer Entladung hoher Intensität verkürzt.
• Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Brenner, der ein Inneres mit einer Abdichtung aufweist, in der ein abgedichteter Hohlraum vorgesehen ist, wobei das Innere ein Füllmaterial zur Stützung einer Bogenentladung und der Hohlraum in der Abdichtung ein Füllmaterial für das Stützen einer Emission ultravioletter Strahlung besitzt, und wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um an das Innere und an den Hohlraum elektrische Leistung zu koppeln.
• Entsprechend bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Entladungslampe geschaffen werden, die eine lichtdurchlässige Entladungsröhre aufweist, die zumindest eine Quetschdichtung besitzt. In einem Innenraum des Brenners ist ein erstes Füllmaterial zur Stützung einer Entladung enthalten. Es ist eine Einrichtung zur Kopplung elektrischer Leistung an das Innere der Entladungsröhre bzw. des Brenners vorgesehen. Ferner ist eine Zündquelle vorgesehen, die einen abgedichteten Hohlraum in der Quetschdichtung, ein zweites Füllmaterial in dem Hohlraum zur Stützung von Emission ultravioletter Strahlung, sowie eine Einrichtung zur Kopplung elektrischer Energie an den Hohlraum aufweist. Die Zündquelle emittiert ultraviolette Strahlung, welche das Erzeugen einer Bogenentladung innerhalb des Innenraums des Brenners unterstützt.
• Bei bevorzugten Ausführungsformen besteht die Einrichtung zur Kopplung elektrischer Leistung an den Hohlraum aus einem Aufbau zum Koppeln von Hochfrequenz- oder Mikrowellenleistung an den Hohlraum. Der Brenneraufbau kann ferner einen in dem Hohlraum angeordneten Getter für das Gettern von Gas in dem Hohlraum bei Aktivierung aufweisen, oder einen Dispenser, um ein Material in dem Hohlraum zur Verfügung zu stellen, das ultraviolette Strahlung steigert.
• Gemäß einem anderen Gesichtspunkt kann die Erfindung einen Brenneraufbau zur Verfügung stellen, der eine lichtdurchlässige Entladungsröhre mit innerhalb des Innenraums des Brenners angebrachten Elektroden aufweist, sowie ein im Innenraum des Brenners zwecks Stützung einer Bogenentladung enthaltenes erstes Füllmaterial, sowie Quetschdichtungen an einander gegenüberliegenden Enden des Brenners. Es kann eine Einrichtung zur Kopplung elektrischer Leistung an die Elektroden vorgesehen sein. Es wird eine Zündquelle geschaffen, die einen abgedichteten Hohlraum in einer der Quetschdichtungen, ein zweites Füllmaterial für die Stützung von Emission ultravioletter Strahlung in dem Hohlraum und eine Einrichtung zur Kopplung elektrischer Leistung an den Hohlraum umfaßt. Die Zündquelle emittiert ultraviolette Strahlung, die beim Hervorrufen einer Bogenentladung innerhalb des Innenraums des Brenners unterstützend wirkt.
• Bei bevorzugten Ausführungsformen umfaßt die Einrichtung zur Kopplung elektrischer Leistung an die Elektroden eine leitende Folie in jeder der Quetschdichtungen. Die Einrichtung zur Kopplung elektrischer Leistung an den Hohlraum besteht aus einem Abschnitt einer der leitenden Folien, der sich in den Hohlraum hineinerstreckt, und einem an die den Hohlraum enthaltende Quetschdichtung angrenzend positionierten Leiter. Die Einrichtung zur Kopplung elektrischer Leistung an den Hohlraum kann stattdessen einen ersten Leiter, der mit einer der leitenden Folien verbunden ist und sich in den Hohraum hineinerstreckt, sowie einen zweiten Leiter aufweisen, der an die den Hohlraum aufweisende Quetschdichtung angrenzend angeordnet ist. Der erste Leiter besitzt eine scharfe Kante, um einen Durchschlag bei einer niedrigeren Spannung zu schaffen.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Einrichtung zur Kopplung elektrischer Leistung an den Hohraum aus einer sich in den Hohlraum hineinerstreckenden Elektrode für die externe Aufbringung elektrischer Leistung. Die sich in den Hohlraum hineinerstreckende Elektrode besitzt eine scharfe Kante,.
• Bei noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die Einrichtung zur Kopplung elektrischer Leistung an den Hohlraum aus einem Abschnitt einer leitenden Folie, die sich in den Hohlraum hineinerstreckt, und aus einer zweiten leitenden Folie, die sich in den Hohraum hineinerstreckt und an der eine externe Zuleitung befestigt ist. Bei noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Brenneraufbau ferner einen in dem Hohlraum zwecks Getterns eines Gases in dem Hohlraum angeordneten Getter auf oder einen Dispenser bzw. eine Abgabeeinrichtung, um ein Material zur Verfügung zu stellen, das ultraviolette Strahlung steigert.
• Durch die Bildung eines Hohlraums in der Quetschdichtung und die Erzeugung ultravioletter Strahlung innerhalb des Hohlraums wird eine Zündquelle geschaffen, die hauptsächlich vorhandene Komponenten verwendet. Diese Zündquelle erfordert wenige zusätzliche Komponenten, falls überhaupt welche, erspart Herstellungsschritte und ermöglicht es, eine Entladungslampe bei niedrigeren Kosten als bei Lampen nach dem Stand der Technik zu erzeugen. Zusätzlich koppelt Lichtleiterwirkung durch das quetschgedichtete Material auf effektive Weise Strahlung von dem Hohlraum an den Brenner. Auch die Strahlungsübertragung wird verbessert, weil sich der Hohlraum in der Quetschdichtung viel näher am Brenner befindet als eine typische Zündquelle in einer gesonderten Hülle.
• Lediglich beispielsweise werden im folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen diskutiert.
• Es zeigt:
• Fig. 1 eine Ansicht einer Metallhalogenidentladungslampe nach dem Stand der Technik;
• Fig. 2 und 3 jeweils eine Seitenansicht und eine teilweise Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
• Fig. 4 bis 5 Seitenansichten zusätzlicher Ausführungsformen der Erfindung.
• In Fig. 1 ist eine Metallhalogenidbogenentladungslampe 10 nach dem Stand der Technik gezeigt. Eine abgedichtete Hülle 12 schließt eine zylindrische Quarzhülse 14 ein. Die Hülse 14 umgibt einen Brenner bzw. eine Entladungsröhre 16, die zwei an einander gegenüberliegenden Enden des Brenners angeordnete Elektroden 18 und ein Füllmaterial einschließt, beispielsweise eine Kombination aus Quecksilber, Metallhalogeniden und Argon. Jede Elektrode ist an ein Molybdänband 20 gekoppelt, das innerhalb einer Quetschdichtung 22, die den Brenner hermetisch abdichtet, eingeschlossen ist. Von einem Lampensockel 25 durch einen Lampenhals 30 und Zuleitungen 32 und 26 zu den Elektroden 15 in dem Brenner 16 wird elektrische Leistung gekoppelt.
• Ein Ultraviolettverstärker 24 besitzt eine abgedichtete Hülle 34, die eine Elektrode 25 umgibt. Der Elektrode 25 ist mit der Zuleitung 26, sowie kapazitiv mit der Leitung 32 verbunden, die einen Leiter aufweisen kann, der schraubenförmig um die Hülle 34 gewickelt sein kann. Ein typischer Ultraviolettverstärker besitzt einen Durchmesser von etwa 4,0 mm und eine Gesamtlänge von 15,0 bis 20,0 mm. Weitere, dem Ultraviolettverstärker 24 nach dem Stand der Technik betreffenden Details sind in der US-A 4 815 915 offenbart.
• Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Ein Quarzbrenner 40 ist durch zwei Quetschdichtungen 42 an einander gegenüberliegenden Enden des Brenners abgedichtet. Innerhalb jeder Quetschdichtung ist eine Molybdänfolie 44 vorgesehen. Innerhalb des Brenners 40 sind Elektroden 46 angeordnet und mit den Molybdänfolien 44 sind äußere Zuleitungen 45 verbunden. In der Quetschdichtung 42 ist ein Hohlraum 50 ausgebildet, derart, daß er einen Abschnitt 51 der Folie 44 einschließt. Die Folie 44 besitzt zumindest eine sehr scharfe Kante 53, um eine hohe elektrische Feldkonzentration zu schaffen und einen Durchschlag bei niedrigeren Spannungen und höheren Drücken zu erlauben. Der Hohlraum 30 schließt auch Spülgase, wie Stickstoff und Argon, ein, die bei dem Prozeß des Quetschdichtens verwendet werden, eine wohlbekannte Technik. Wird der Hohlraum 50 gebildet, befinden sich die Spülgase bei einer Temperatur nahe dem Schmelzpunkt des Quarzbrenners 40. Wenn sich diese Gase abkühlen, verringert sich der Druck innerhalb des Hohlraums 50 auf etwa ein Drittel bis ein Viertel Atmosphäre. Den vorhandenen geerdeten Rahmenteilen ist eine äußere Erdelektrode 54 zugeordnet, die eine kapazitive Kopplung zwischen der Folie 44 und der Erdelektrode 54 erlaubt.
• Wird die Lampe gespeist, werden innerhalb des Hohlraums 50 durch die Spannung zwischen der Folie 44 und der Erdelektrode 54 elektrische Felder erzeugt. Die elektrischen Felder verursachen eine lonisierung des Füllmatenals innerhalb des Hohlraums 50 und die Erzeugung ultravioletter Strahlung. Die ultraviolette Strahlung fördert die Bildung einer Entladung zwischen den Elektroden 46. Somit bilden der Hohlraum 50, der Folienabschnitt 51 und die Erdelektrode 54 einen UV-Verstärker oder eine Zündquelle, die innerhalb der Quetschdichtung 42 des Brenners 40 integral gebildet wird (mit Ausnahme der Erdelektrode 54).
• Der Hohlraum kann durch das Bohren eines kleinen Lochs, beispielsweise 2,0 mm groß, oder durch Bildung einer Eintiefung in der Fläche eines nicht gezeigten Quetschfußes an einer Stelle gebildet werden, die derjenigen Stelle entspricht, an der der Hohlraum ausgebildet werden muß. Während Spülgase durch das Rohr strömen und das Rohr aufgeheizt wird, drücken die Quetschfüße die Enden des Quarzrohrs zusammen und treiben auf diese Weise die Spülgase aus. Wo die Eintiefung oder das Loch in dem Quetschfuß ausgebildet werden, wird der Quarz nicht zusammengedrückt und der Hohlraum bildet sich, wenn das Rohr quetschgedichtet wird. Manchmal werden in einer Quetschdichtung versehentlich Hohlräume ausgebildet, doch wird keine Elektrode in dem Hohlraum vorgesehen. Die Hohlräume werden als harmlose Unvollkommenheiten angesehen.
• Der Hohlraum kann kugelförmig oder von anderweitiger Form sein und in seiner Größe variieren, und zwar in Abhängigkeit von der Größe der Quetschdichtung. Beispiele für Hohlräume bewegten sich zwischen einer Länge von 1,0 mm bis 10,0 mm und einem Durchmesser von weniger als 1,0 mm bis 5,0 mm.
• Der Gasdruck in dem Hohlraum kann durch Spülung mit einer Gasmischung, beispielsweise Argon und Nitrogen, und durch das Hinzufügen eines Getters für eines der Gase reduziert werden. Ist der Hohlraum abgedichtet, kann der Getter mittels Hitze oder elektrischer Leistung aktiviert werden. Der Getter absorbiert ein Gas und reduziert auf diese Weise den Druck des gegetterten Gases und den Gesamtdruck in dem Hohlraum.
• Anstelle eines Getters oder in Kombination mit einem Getter kann dem Hohlraum ein Dispenser bzw. eine Abgabeeinrichtung hinzugefügt werden. Der Dispenser bildet eine Zusammensetzung, die ein abzugebendes Material, wie Quecksilber, das ultraviolette Strahlung steigert, einschließt. Der Dispenser kann ferner auch mit Hitze oder elektrischer Leistung aktiviert werden, nachdem der Hohlraum abgedichtet worden ist. Entweder ein Getter oder ein Dispenseraufbau kann auf bequeme Weise auf einen Abschnitt 53 der Molybdänfolie 44 gegeben werden. Zusammensetzungen für das Gettern und das Abgeben sind als Stand der Technik allgemein bekannt.
• Zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Fig. 4 bis 8. Gemäß Fig. 4 kann eine zweite Molybdänfolie 60 an die Folie 20 punktgeschweißt und als separate Elektrode benutzt werden, falls man für die Integrität bzw. Haltbarkeit der Abdichtung fürchtet. Zumindest ein Teil bzw. ein Abschnitt der Folie 60 erstreckt sich in den in der Quetschdichtung 42 ausgebildeten Hohlraum 62 hinein. In diesem Falle kommt der Hohlraum 62 mit der Folie 20 nicht in Berührung. Wie weiter oben diskutiert wurde, ist an der Folie 60 ein Getter oder Dispenser 55 vorgesehen.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist eine äußere Erdelektrode 64 aus Metall vorgesehen. Die Erdelektrode 64 ist ein U-förmiger Leiter, beispielsweise aus rosifreiem Stahl, der an der Außenseite der Quetschdichtung 42 befestigt oder nahe der Quetschdichtung montiert ist.
• Wie Fig. 6 zu entnehmen ist, kann sich von außerhalb der Quetschdichtung 42 in den Hohlraum 62 hinein eine Elektrode 66 erstrecken und ein Getter oder Dispenser 57 kann an der Elektrode 66 vorgesehen sein, falls eine gesonderte Verbindung mit dem UV-Verstärker gewünscht wird.
• Bei der Ausführungsform nach Fig.7 umschließt eine Höhlung 70 einen Abschnitt der Folie 44 und ferner einen Abschnitt einer Elektrode 72, die sich von der Quetschdichtung 42 nach außen erstreckt.
• Für jede der in Verbindung mit den Fig. 2 bis 7 beschriebenen Ausführungsformen ist die Lampe im übrigen gleich der oben in Verbindung mit der Fig. 1 beschriebenen Lampe.
• Eine Lichtquelle vom Hochfrequenztyp kann in einer Quetschdichtung eine Zündquelle besitzen. Wie Fig. 8 zeigt, wird in der Quetschdichtung 82 eines Hochfrequenzbrenners 84 ein Hohlraum 80 ausgebildet, der keine Elektroden einschließt. Bei dieser Ausführungsform verstärkt ein Konzentrator 88 das elektrische Feld im Bereich des Hohlraums 86. Der Konzentrator kann induktiv oder kapazitiv ein elektrisches Feld hoher Frequenz an den Hohlraum 56 ankoppeln. Zu diesem Zweck können Platten oder Wicklungen verwendet werden. In dem Hohlraum 80 kann ein Getter oder ein Dispenser 81 vorgesehen sein. Der Getter oder Dispenser 81 kann am Ende eines Stabs oder Drahts 83 angebracht sein.
• Die Benutzung einer Starterelektrode und der separate Ultraviolettverstärker erfordern jeweils zusätzliche Teile und Herstellungsschritte. Die Extrateile und - schritte erhöhen die Lampenherstellungskosten.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine verbesserte Zündquelle für eine Entladungslampe schaffen, die weniger Komponenten als solche nach dem Stand der Technik besitzt, die leicht herzustellen ist und die auf effiziente Weise Strahlung an den Innenraum des Brenners koppelt.

Claims (10)

1. Brenneraufbau mit einer lichtdurchlässigen Entladungsröhre (40; 84), welche ein erstes Füllmaterial für die Stützung einer Bogenentladung enthält, einer Abdichtung (42; 82), Elementen (44) für den Anschluß elektrischer Leistung an das Innere der Entladungsröhre, einer Zündquelle (50; 62; 72), welche ein zweites Füllmaterial zur Stützung der Emission ultravioletter Strahlung enthält, und mit Elementen (44, 54; 44, 60, 64; 44, 66; 44, 72; 83, 88) für den Anschluß elektrischer Leistung an die Zündquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündquelle (50; 62, 72) einen abgedichteten Hohlraum in der Abdichtung (42; 82) aufweist.

2. Brenneraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündquelle (50; 62; 72) ferner eine Abgabeeinrichtung (53; 55; 57; 81) in den Hohlraum umfaßt, um ein Material abzugeben, das bei Aktivierung der Abgabeeinrichtung ultraviolette Strahlung verstärkt.

3. Brenneraufbau nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündquelle (50; 62; 72) ferner in dem Hohlraum einen Getter (53; 55; 57; 81) für zumindest eines der Gase in dem Füllmaterial bei Aktivierung aufweist.

4. Brenneraufbau nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (44) für den Anschluß von elektrischer Energie an die Bogenentladungsröhre eine leitende Folie (44) innerhalb der Abdichtung (42; 82) einschließen.

5. Brenneraufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (44, 54; 44, 60, 64) für den Anschluß elektrischer Leistung an den Hohlraum (50; 62; 72) einen Abschnitt der leitenden Folie (44) umfassen, die sich in den Hohlraum hineinerstreckt, wobei nahe der Abdichtung (42) ein Leiter (54; 64) positioniert ist.

6. Brenneraufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (44, 60, 64) zum Anschluß elektrischer Leistung an den Hohlraum (50) einen ersten, mit der leitenden Folie (44) verbundenen und sich in den Hohlraum hineinerstreckenden Leiter (60) und einen zweiten, nahe der Abdichtung (42) angeordneten, Leiter (64) umfassen.

7. Brenneraufbau nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (83, 88) für den Anschluß elektrischer Leistung an den Hohlraum (80) eine Elektrode (83) aufweisen, die sich zwecks äußerer Aufbringung von elektrischer Leistung in den Hohlraum hineinerstreckt.

8. Brenneraufbau nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente für den Anschluß von elektrischer Leistung an den Hohlraum (70) einen sich in den Hohlraum hineinerstreckenden Abschnitt der leitenden Folie (44) und eine zweite, sich in den Hohlraum hineinerstreckende, leitende Folie (72) umfassen, wobei die zweite leitende Folie eine an ihr befestigte äußere Zuleitung besitzt.

9. Brenneraufbau nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Folie (44) in der Dichtung einen scharfen Rand aufweist, der sich in den Hohlraum hineinerstreckt.

10. Lampe mit einem Brenneraufbau nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Lampe entweder Elektroden besitzt oder elektrodenlos ist.